(57)【要約】  光学デバイス及び光学デバイスを製造する方法が提供される。光学デバイスは、基材と、プライマー層と、ハードマルチコート（ＨＭＣ）とを有する光学物品を含む。ＨＭＣは、少なくとも１つの層を含む。層、基材、及びＨＭＣの少なくとも１つは、拡散によって吸収される少なくとも１種の炭素同素体を含む。製造方法は、有機溶媒と脱イオン水とを組み合わせて溶液を形成するステップと、溶液に少なくとも１種の炭素同素体を混合するステップと、溶液に超音波処理を施すステップと、光学物品であって、基材、基材上のプライマー層、及びＨＭＣの少なくとも１つを含む光学物品を浸漬し且つ次いで溶液から取り出すステップと、溶液から光学物品を取り出すステップと、溶液から過剰の液体を蒸発させるステップとを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材上のプライマー層と、ハードマルチコート（ＨＭＣ）とを有する光学物品を含む光学デバイスであって、前記ＨＭＣが少なくとも１つの層を含み、前記層、前記基材、及び前記ＨＭＣのうちの少なくとも１つが、拡散によって吸収された少なくとも１種の炭素同素体を含む、光学デバイス。
【請求項２】
前記炭素同素体が、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記炭素同素体がグラフェンである、請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記グラフェンがグラフェンナノ粒子の形態であり、各ナノ粒子が約０．２５μｍである、請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも１種の炭素同素体を含む前記層が約０．１ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚さである、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記光学物品が偏光型である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項７】
光学デバイスを製造する方法であって、
有機溶媒と脱イオン水とを組み合わせて溶液を形成するステップと、
前記溶液に少なくとも１種の炭素同素体を混合するステップと、
前記溶液に超音波処理を施すステップと、
基材、前記基材上のプライマー層、及びハードマルチコート（ＨＭＣ）のうちの少なくとも１つを含む光学物品を前記溶液に浸漬するステップと、
前記溶液から前記光学物品を取り出すステップと、
前記光学物品から過剰の液体を蒸発させるステップと
を含む方法。
【請求項８】
前記混合するステップが、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種の炭素同素体を混合するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記取り出すステップが、前記溶液から前記光学物品を一定の速度で取り出すステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記取り出すステップ中、前記基材、前記プライマー層、及び前記ＨＭＣの少なくとも１つの中にグラフェンを拡散させるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記取り出すステップ中、前記基材、前記プライマー層、及び前記ＨＭＣの少なくとも１つの外表面の少なくとも１つを、グラフェンを含む少なくとも第１の層で被覆するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
グラフェンを含む前記層の厚さが約０．１ｎｍ〜約１５０ｎｍであるように、前記基材、前記プライマー層、及び前記ＨＭＣの少なくとも１つの外表面の少なくとも１つを被覆するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
グラフェンを含む前記少なくとも第１の層をプライマー層で被覆するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記光学物品が前記溶液の水平表面に対して実質的に９０度の角度で配置されるように、前記光学物品を前記溶液に浸漬するステップと、
グラフェンを含む少なくとも第２の層が、グラフェンを含む前記第１の層に対して実質的に垂直な配置において、前記基材、前記プライマー層、及び前記ＨＭＣの少なくとも１つの中に拡散されて偏光物品を形成するように、前記溶液から前記光学物品を取り出すステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
物品を製造する方法であって、
有機溶媒と脱イオン水とを組み合わせて溶液を形成するステップと、
前記溶液にグラファイトを混合するステップと、
前記溶液に超音波処理を施すステップと、
前記溶液に前記物品を浸漬するステップと、
前記溶液から前記物品を取り出し、それにより前記物品の少なくとも一部を被覆するステップと、
前記物品から過剰の液体を蒸発させるステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、光学デバイスに関する。より特定的には、本開示は、少なくとも１種の炭素同素体を含む光学物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼用レンズをはじめとする光学物品は、ハードマルチコート（ＨＭＣ）を含み得る。かかるＨＭＣは、トップコート膜により任意選択的にキャップされたいくつかの材料層を含み得る。トップコート膜は、光学物品の光学性能及びまたその物品の寿命を向上させるために、耐引掻きコーティング、反射防止コーティング、防汚コーティング、疎水コーティングなどを含み得る。光学物品の既存のＨＭＣは、透明伝導酸化物である酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの材料で通常構成される。ＩＴＯは、電気光学用途に一般に使用され得る。ＩＴＯ伝導層は、物品に光学的清澄透明性及び帯電防止性を提供し得る。ＩＴＯ以外に、光学物品の電気伝導層は、スズ若しくは亜鉛の酸化物及びそれらの混合物、又はインジウム、スズ、亜鉛、及び他の元素のいずれか１種又はこれらの元素の２種以上を含有する無機酸化物から選択される金属酸化物を含み得る。ＩＴＯは、酸化インジウムスズ、すなわち、酸化インジウム（ＩＩＩ）（Ｉｎ２Ｏ３）と酸化スズ（ＩＶ）（ＳｎＯ２）との固溶体、たとえば、重量基準で９０％Ｉｎ２Ｏ３、１０％ＳｎＯ２として適用可能であり、これは薄層で典型的に透明且つ無色であり得るとともに電磁スペクトルの赤外領域で金属様ミラーとして機能し得る。酸化インジウムスズの薄膜は、電子ビーム蒸発、物理気相堆積（ＰＶＤ）、及び／又は一連のスパッター堆積の技術により表面上に堆積されることが最も多い。他の技術、たとえば、限定されるものではないが、ＰＶＤ以外の方法、たとえば化学気相堆積（ＣＶＤ）又はたとえば化学浸漬などもＩＴＯを適用するために使用し得る。しかしながら、ＩＴＯなどの材料は、強度及び耐熱性が欠如していることがあり、したがってＨＭＣの機械的性能を効果的に向上させることができないおそれがあるために不利であり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
光学的清澄コーティングを提供し得、且つ眼用レンズなどの光学物品に良好な機械的強度及び熱的性質を提供し得る代替的なＨＭＣの必要性が存在する。本明細書に提示されるのは、基材、プライマー層、及び少なくとも１つの層を含むＨＭＣの少なくとも１つを含む光学物品である。一態様では、ＨＭＣは、複数の層を含み得る。ＨＭＣの少なくとも１つの層、プライマー層、又は基材は、良好な機械的強度及び熱的性質を提供し得る材料を含み得る。この材料は、炭素同素体であり得る。炭素同素体は、グラフェン材料、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、若しくは類似の材料、又はそれらの混合物であり得る。特に、グラフェンは、良好な機械的強度及び弾性並びに良好な電気的及び熱的性質を有するため、光学物品、特に眼用レンズのＨＭＣに使用するのに有利であり得る。
【０００４】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、機械的性能向上剤として及び各種コーティングの帯電防止用として使用可能な他のタイプの炭素同素体である。炭素同素体材料のかかる性質は、さらに良好な機械的強度及び耐熱性の向上を行って既存のＨＭＣよりも改善されたＨＭＣを得るために使用し得る。また、本明細書に提示されるのは、少なくとも１種の炭素同素体を含む光学物品を製造する方法である。
【０００５】
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の趣旨及び範囲に含まれる各種の変更形態及び修正形態は、本詳細な説明から当業者に明らかになるため、詳細な説明及び具体例は、本発明の具体的な実施形態を示すが例示を目的としたものにすぎないことを理解すべきである。
【０００６】
一態様では、基材と、基材上のプライマー層と、ＨＭＣとを有する光学物品を含む光学デバイスが提供される。ＨＭＣは、少なくとも１つの層を含む。層、基材、及びＨＭＣの少なくとも１つは、拡散によって吸収される少なくとも１種の炭素同素体を含む。他の態様では、光学物品は、眼用レンズであり得る。
【０００７】
光学デバイスを製造する方法も提供される。本方法は、有機溶媒（たとえば、ヘプタン）と脱イオン（ＤＩ）水とを組み合わせて溶液を形成するステップと、溶液に少なくとも１種の炭素同素体を混合するステップと、溶液に超音波処理を施すステップと、基材、基材上のプライマー層、及びＨＭＣの少なくとも１つを含む光学物品を溶液に浸漬するステップと、溶液から光学物品を取り出すステップと、光学物品から過剰の液体を蒸発させるステップとを含む。
【０００８】
また、本明細書に提示されるのは、物品を製造する方法であって、有機溶媒（たとえば、ヘプタン）と脱イオン（ＤＩ）水とを組み合わせて溶液を形成するステップと、溶液にグラファイトを混合するステップと、溶液に超音波処理を施すステップと、溶液に物品を浸漬するステップと、溶液から物品を取り出し、それにより物品の少なくとも一部を被覆するステップと、物品から過剰の液体を蒸発させるステップとを含む方法である。
【０００９】
本明細書に記載される利点、性質、及び各種の追加の特徴は、次に添付の図面との関連で詳細に記載される例示的な実施形態を考慮することでより詳細に明らかになるであろう。図面では、同じ参照数字は、図面全体にわたり類似のコンポーネントを表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書に記載されるように少なくとも１種の炭素同素体を含む光学物品を製造する方法を例示する。
【図２】多層グラフェンの拡大画像を示す。
【図３】剪断リファインメントにより形成されたグラフェンの拡大画像を示す。
【図４】典型的な剪断リファインメントの拡大画像を示す。
【図５】膨張及び熱分解グラファイトの大クラスターの拡大画像を示す。
【図６Ａ−６Ｃ】（Ａ）開示された方法により作製されたグラフェンコーティングの拡大画像並びに対応するラマンスペクトル（Ｂ）及び（Ｃ）を示す。
【図７Ａ−７Ｂ】（Ａ）開示された方法により作製されたグラフェンコーティングの拡大画像及び（Ｂ）対応するラマンスペクトルを示す。
【図８Ａ−８Ｂ】（Ａ）開示された方法により作製されたグラフェンコーティングの拡大画像及び（Ｂ）対応するラマンスペクトルを示す。
【図９Ａ−９Ｂ】（Ａ）開示された方法により作製されたグラフェンコーティングの拡大画像及び（Ｂ）対応するラマンスペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で用いられる単語又は用語は、本開示で明示的且つ明確に定義された場合を除いて又は特に文脈上異なる意味が必要とされない限り、本開示の分野におけるそれらの明白な通常の意味を有する。
【００１２】
本開示及び参照により組み込まれ得る１つ以上の特許又は他の文献における単語又は用語の使用に何らかの矛盾がある場合、本明細書に一致する定義を採用するべきである。
【００１３】
不定冠詞「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」は、冠詞の付いたコンポーネント、パーツ、又はステップが１つ又は２つ以上であることを意味する。
【００１４】
程度又は測定の数値範囲が下限と上限とを有して開示される場合には常に、その範囲内に含まれる任意の数及び任意の範囲も具体的に開示されることが意図される。たとえば、あらゆる値の範囲（「ａ」及び「ｂ」が程度又は測定の数値を表すものとして、「ａ〜ｂ」、又は「約ａ〜約ｂ」、又は「約ａ〜ｂ」、「およそａ〜ｂ」という形式及び任意の類似の表現）は、「ａ」及び「ｂ」の値自体を含めて、そのより広い値の範囲に含まれるすべての数及び範囲を示すものと理解すべきである。
【００１５】
「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、任意に割り当て得るものであり、それ以外では性質、構造、機能、又は作用が類似又は対応する２つ以上のコンポーネント、パーツ、又はステップを区別することが単に意図されるにすぎない。たとえば、「第１」及び「第２」という単語は、他の目的を果たすものではなく、後続の名称語又は記述語の名称又は記述の一部ではない。「第１」という用語の単なる使用は、任意の「第２」の類似又は対応するコンポーネント、パーツ、又はステップの存在を必要としない。同様に、「第２」という単語の単なる使用は、任意の「第１」又は「第３」の類似又は対応するコンポーネント、パーツ、又はステップの存在を必要としない。さらに、「第１」という用語の単なる使用は、要素又はステップが任意のシーケンスの最初のものであることを必要とせず、単にそれが要素又はステップの少なくとも１つであることを必要とするにすぎないものと理解すべきである。同様に、「第１」及び「第２」という用語の単なる使用は、必ずしも任意のシーケンスを必要とするとは限らない。したがって、かかる用語の単なる使用は、「第１」及び「第２」の要素又はステップなどの間に介在する要素又はステップを除外するものではない。
【００１６】
本明細書では、「レンズ」という用語は、各種性質の１つ以上のコーティングで被覆されていてもよい１つ以上の表面を有するレンズ基材を含む有機又は無機のガラスレンズ（好ましくは有機レンズ）を意味する。本明細書で用いられる場合、「レンズブランク」とは、所定の度数を有する仕上げ眼鏡レンズを作製するために光学実験室で使用される度数のない既知のベースカーブの透明媒体を意味する。それは、単焦点レンズ、二焦点レンズ、及び三焦点レンズ並びに累進多焦点レンズ（ＰＡＬ）に使用される。限定されるものではないが、態様では、本発明の方法は、透明及び非透明（すなわち不透明）の両方の物品及びデバイスを作製するために使用可能である。
【００１７】
「有機溶媒」という語句は、本実施形態に使用するのに好適な表面張力、密度、及び／又は水非混和性を有する炭化水素系液体を意味する。例示的な有機溶媒としては、脂肪族及び芳香族の炭化水素（たとえば、エーテル、石油エーテル、ペンタン、ヘキサン、ヘキサン類、ヘプタン、ヘプタン類、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレンなど、又はそれらの混合物）が挙げられる。
【００１８】
光学物品及び光学物品を製造する方法は、本開示の原理に従って構成されて本明細書に記載されている。本明細書で使用される光学物品及びプロセスは、眼鏡レンズ、サングラスなどの任意のタイプの眼用レンズに使用可能である。具体的な実施形態では、光学物品は、サングラスのレンズ又はソーラー目的に使用可能である。眼用レンズは、偏光レンズであり得る。眼用物品は、レンズ基材又はレンズブランクであるプラスチック光学ベースから形成可能である。基材は、疎水基材又は親水基材であり得る。理論に限定されるものではないが、本発明には、光学デバイス及び光学デバイスを製造する方法も含まれる。光学デバイスとしては、電磁線の生成、操作、又は測定が可能な任意のデバイス、たとえば、カメラ、双眼鏡、顕微鏡、望遠鏡、レーザーなどが挙げられ得る。特定の場合、光学デバイスは、眼用物品又はレンズなどの光学物品を含み得る。例示的な一実施形態では、基材として、たとえばＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社からＣＲ−３９（登録商標）という商品名で販売されているジエチレングリコールビスアリルカーボネートを（共）重合することにより得られるもの（ＥＳＳＩＬＯＲ製のＯＲＭＡ（登録商標）レンズ）、又はチオ（メタ）アクリル系モノマーを重合することにより得られるもの、たとえば、仏国特許第２７３４８２７号明細書に記載のもの、又はポリチオウレタンを使用することが可能である。かかる基材は、これらのモノマーの混合物を重合することにより得られるものであり得るか、さらにはこれらのポリマー及び（コ）ポリマーの混合物を含むものであり得る。他の実施形態では、他のタイプの好適な樹脂基材を使用し得る。レンズは、伝導性であってもよい少なくとも１つの層を含み得るＨＭＣを含み得る。より特定的には、ＨＭＣは、少なくとも１つの層が炭素同素体を含み得る複数の層を含み得る。いくつかの実施形態では、レンズは、ＨＭＣの外表面に被覆された反射防止（ＡＲ）コーティングを含み得る。ＡＲ層は、透明伝導層を含む多層構成を有し得る。一実施形態では、眼用レンズは、第１の凹表面と第２の対向する凸表面とを有する。
【００１９】
以上に記載したように、ＨＭＣの少なくとも１つの層は、グラフェンなどの少なくとも１種の炭素同素体を含み得る。グラフェンは、１個の原子が各頂点を形成する二次元原子スケール六方格子として配置された炭素原子の単層である。それは、グラファイト、木炭、カーボンナノチューブ、及びフラーレンをはじめとする他の同素体の基本構造要素である。グラフェンはまた、フラットな多環式芳香族炭化水素のファミリーの極限的な場合の無制限に大きい芳香族分子と見なすことも可能である。グラフェンの炭素−炭素結合長は、約０．１４２ｎｍである。何千ものグラフェン層を含む層によりグラファイトが構成される。グラファイトは、単独又は組合せで特有の性質を備えるいくつかの形態で特徴付けられ得る。膨張グラファイトは、通常、耐熱損傷性を提供し得、且つ色彩効果を誘発可能なギャップのある結晶パターンを有するより少ないグラフェン層を含む。熱分解グラファイト又は熱分解炭素は、不完全性に起因してグラフェンシート間に共有結合を含む。このタイプの架橋は、熱分解グラファイトの熱伝導率、室温反磁性、及びＵＶ吸収性の向上をもたらす。
【００２０】
グラフェンは、重量換算で鋼の約２０７倍の強さであり、熱及び電気を効率的に伝導し、且つ高い光学的透明性を有する。グラフェンは、約１３０Ｇｐａの引張り強度、１ＴＰＡのヤング率、及び５００〜６００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１の熱伝導率を有する。グラフェンはまた、半金属又はゼロギャップ半導体でもあるため、室温で高い電子移動度を示すことが可能である。グラフェンのナノスケールサイズ及び電気的性質に基づき、グラフェンは光を偏光することができる。グラフェンの電気的性質はまた、レンズの帯電防止性に利用し得る。ＩＴＯとは対照的に、グラフェンは、より可撓性があり、且つ高応力に耐え得る。単層グラフェンは、２％の吸収率を有するが、光学顕微鏡下では干渉効果に基づいてＳｉＯ２／Ｓｉ上でそれを観察することが可能である。したがって、グラフェンの光学的、機械的、熱的、及び電気的性質は、眼用レンズの基材、プライマー層、及びＨＭＣの少なくとも１つに組み込むのに望ましい。
【００２１】
本明細書でＨＭＣに使用されるグラフェンは、ＨＭＣの少なくとも１つの層、プライマー層、又は基材中又はその上に組み込む前に、剥離、化学気相堆積（ＣＶＤ）、グラファイト分散、又は当技術分野で公知の他の方法により調製し得る。金属触媒パターン化基材上でのグラフェンの成長が可能になることから、ＣＶＤが有利である。グラファイト分散法では、液相中でグラフェンを調製することが可能である。このプロセス中、グラファイト自体とほぼ同一の表面エネルギーを有する有機溶媒にグラファイトを分散させて溶液を作製する。次いで、超音波浴中で溶液を超音波処理するか、又は適宜、溶液に電圧を印加することが可能である。分散後、次いで、残留するいずれのより厚いグラファイトフレークも廃棄するために溶液を遠心分離する。この方法は、他のグラフェン製造法と比較してより多量のグラフェンを調製するのに有用であり、工業用途でグラフェン製造のアップスケーリングを可能にする。
【００２２】
グラフェンは、ＨＭＣ、プライマー層、又は基材の機械的性質を強化するために、拡散を介してたとえば眼用レンズのプライマーラテックス層、ＨＭＣ層自体、又は基材のいずれか１つに組み込むことが可能である。典型的には、基材の外表面上にプライマー層が被覆され、次いでプライマー層上にＨＭＣが被覆される。記載される眼用レンズの少なくとも一部へのグラフェンの組込みは、必要に応じてレンズの光学表面を改質するか、又はその屈折率を変化させるために使用可能である。一実施形態では、グラフェンは、本明細書に記載されるように、ＨＭＣ又は他のコーティングで基材を被覆する前に基材の外表面に適用し得る。眼用レンズにグラフェンを適用する本明細書に記載の方法を用いると、グラフェンは、眼用レンズの少なくとも一部に接触した後、基材、プライマー層、又はＨＭＣのいずれか１つに均一に拡散可能である。本明細書に記載されるように眼用レンズに使用可能なグラフェンは、超微細グラフェンであり得る。たとえば、グラフェンは、各ナノ粒子が約０．２５μｍの平均サイズを有するナノ粒子粉末の形態であり得る。
【００２３】
例示的な実施形態では、グラフェンなどの炭素同素体は、ＨＭＣの少なくとも１つの層、プライマー層、及び基材中又はその上に組み込まれる。グラフェンを含む層は、約０．１μｍ未満の厚さであり得る。当業者であれば、炭素同素体を含む層の他の厚さを企図し得ることが分かるであろう。他の実施形態では、グラフェンを含む層の厚さは、層の性質に依存して約０．１ｎｍ〜約１５０ｎｍ、より特定的には約０．１ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲内であり得る。炭素同素体を含む層が約０．１ｎｍ未満の厚さである場合、炭素同素体を含む層は、十分な電気伝導率を有していない可能性がある。伝導層が約１５０ｎｍ超の厚さである場合、炭素同素体を含む層は、典型的には、眼用レンズの所要の透明性及び低吸収特性を実現できない可能性がある。より特定的には、グラフェンなどの炭素同素体を含む層の厚さは、約０．１ｎｍ〜約３０ｎｍ、より特定的には約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、さらにより特定的には約１ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲内であり得る。炭素同素体を含む層は、実質的に均一な厚さで構成可能である。
【００２４】
例示的な一実施形態では、グラフェンなどの炭素同素体は、眼用レンズに適用する前にドープし得るか、又はアンドープのままであり得る。レンズの少なくとも一部に適用する前にグラフェンをドープする利点は、グラフェンの電子的性質及び化学反応性を調整できることである。以上に記載のように、グラフェンは多くの有利な性質を有するが、たとえばゼロバンドギャップ及び高シート抵抗性などのグラフェンのいくつかの性質を改質するために、グラフェンをドープすることが望ましいこともある。グラフェン層の伝導率は、ドープしない場合、より低い可能性があるが、アンドープグラフェン層は、依然として、帯電防止性並びに他の望ましい熱的、機械的、及び電気的性質を眼用レンズに付与するのに実質的に有効であり得る。
【００２５】
グラフェンは、直接合成法又は後処理法によりドープ可能である。直接合成法は、たとえばグラフェンのＣＶＤ中などのグラフェン合成中にグラフェンをドープするステップを含む。グラフェンはまた、グラフェン合成後の後処理ステップでドープすることも可能である。グラフェンの後処理ドーピングは、湿式ドーピング又は乾式ドーピングを含み得る。グラフェンの湿式ドーピングは、酸処理、金属塩化物処理、及びドーパント含有溶液のディップ塗布又はスピン塗布を用いたグラフェン表面上への有機材料被覆により達成可能である。乾式ドーピングは、静電界形成、蒸発堆積、熱処理、プラズマ処理などにより達成可能である。電荷移動ドーピングは、ドーパントとグラフェンとの間の電子交換によりグラフェンからドーパントへの電子移動（ｐ型グラフェン）又はドーパントからグラフェンへの電子移動（ｎ型グラフェン）を行うことにより達成される。したがって、グラフェンの電子的性質及び他の性質は、ドーパント種、濃度などのドーピングパラメーターを制御することにより及び適切なドーピング法を用いることにより改質可能である。所望の効果をさらに制御するために、異なるドーピング法を組み合わせることが可能である。
【００２６】
グラフェンを含むＨＭＣ層、プライマー層などの形態、構造、及び品質は、限定されるものではないが、走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）、高分解能透過電子顕微鏡法（ＨＲＴＥＭ）、ラマン分光法、光学反射法、光学顕微鏡法、低エネルギー電子顕微鏡法（ＬＥＥＭ）、低エネルギー回折法（ＬＥＥＤ）、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）、透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）、走査トンネル電子顕微鏡法（ＳＴＭ）、光電子顕微鏡法（ＰＥＳ）、角度分解光電子分光法（ＡＲＰＥＳ）、光放出電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、Ｉｍａｇｅ  Ｊデータ解析ソフトウェア、反射高エネルギー電子回折法（ＲＨＥＥＤ）、顕微鏡ベースのビデオグラフィーなどの技術を用いて評価可能である。ＵＶ−ＶＩＳは、光透過度を測定するために使用可能である。エリプソメトリーは、グラフェンの厚さを試験するために使用可能である。
【００２７】
グラフェンの代わりに眼用レンズに使用可能な炭素同素体の他の例は、たとえば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）であり得る。バッキーチューブとも呼ばれるカーボンナノチューブは、多様な用途（たとえば、ナノエレクトロニクス用途、光学用途、材料用途など）に潜在的有用性をもたらす性質を有する円筒状炭素分子である。それは、優れた強度、特有の電気的性質を呈し、且つ熱の効率的伝導体である。無機ナノチューブも合成されている。ナノチューブは、バッキーボールも含まれるフラーレン構造ファミリーのメンバーである。バッキーボールは球の形状であるが、ナノチューブは円筒状であり、典型的にはバッキーボール構造の半球でキャップされた少なくとも１つの端を有する。その名称は、ナノチューブの直径が数ナノメートル程度であることからそのサイズに由来するが、数センチメートルまでの長さが可能である。カーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）又はマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）のいずれかの形態をとり得る。ＭＷＮＴは、向上した機械的強度を有する眼用レンズを提供し得る。他の場合、炭素同素体は、ディスク形ナノグラフェン（ＤＳＮＧ）、多層グラフェン（ＭＬＧ）、単層グラフェン（ＳＬＧ）、及び／又はマルチウォールナノホーン（ＭＷＮＨ）を含み得る。ＭＷＮＨは、向上した電気伝導率を有する眼用レンズを提供し得る。理論に限定されるものではないが、本開示の炭素同素体のいずれも本発明の眼用レンズに含まれ得る。いくつかの態様では、これらの炭素同素体のいずれも、最終眼用レンズの得られる性質に有益な強化剤として使用し得る。
【００２８】
フラーレンは、炭素が中空スフェア、楕円体、又はチューブの形態をとる炭素同素体のクラスである。このクラスの材料としては、カーボンナノチューブ、バッキーボール、及びナノバッドが挙げられる。レンズに使用可能な他の材料は、金ナノ粒子又は金ナノチューブ（シェル、スフェア、ロッドなど）であり得る。使用可能なさらに他のタイプの炭素同素体としては、限定されるものではないが、たとえば、金属−グラフェンナノ複合体、カーボンナノチューブ金属マトリックス複合体（ＣＮＴ−ＭＭＣ）などの金属強化炭素同素体が挙げられる。
【００２９】
他の実施形態では、本発明の炭素同素体は透明グラフェンを含み得る。透明グラフェンは、米国特許第８，７２２，４４２号明細書（参照により本明細書に組み込まれる）で調製されたものであり得る。本発明の光学物品に適用される透明グラフェンのトップコート層は、ロータス効果により向上した超疎水性又は疎油性を有する物品表面を提供し得る。ロータス効果とは、ロータスフラワーの葉が示す超疎水性の結果である自己清浄性を意味する。また、本実施形態では、透明グラフェンを含む眼用レンズは、本明細書に記載の方法により個別に又は他の炭素同素体と協調して調整することも可能な向上した超疎水性若しくは疎油性、自己清浄性、又は帯電防止性を有し得ると予想される。
【００３０】
図１に示されるように、本明細書には、少なくとも１種の炭素同素体、たとえば、限定されるものではないが、本明細書に記載のグラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、それらの混合物などを含む光学物品を製造する方法が開示される。光学物品の製造に使用される製造プロセスは、米国特許出願公開第２０１３００２２７３９号明細書（参照により本明細書に組み込まれる）に開示されるものに類似したディップ塗布プロセスである。プロセスは、必要に応じて修正され得る。このプロセスは、等量の有機溶媒（たとえば、ヘプタン）と脱イオン（ＤＩ）水とを容器に添加して溶液を形成する第１のステップ１１０を含む。溶液は、タンク又は他の容器に収容可能である。ヘプタン対ＤＩ水の比は、必要に応じて調整され得る。一実施形態では、最適な結果を得るために最小量のヘプタンを使用可能である。
【００３１】
次いで、プロセスは、少なくとも１種の炭素同素体を溶液に添加する続くステップ１２０を含む。より特定的には、このステップは、少量の超微細天然フレークグラファイト粉末を溶液に混合するステップを含み得る。たとえば、１０００ｍｌ当たり１グラムのグラファイト粉末を使用し得る。いずれの形態が最良の品質であるかを決定するために、各種形態の超微細グラファイト粉末を試験可能である。この後、プロセスは、溶液を保持する容器を超音波浴中に配置して、たとえば約５秒間〜約１０秒間にわたり最大出力で温和な超音波処理を施す続くステップ１３０を含む。このステップで使用される温和な超音波処理により、グラフェンの薄層を溶液のヘプタン／水界面に集合させる。このステップ後、眼用レンズ基材などの光学物品の表面を作製するステップ１４０が続く。必要に応じて、溶液に浸漬する前に、疎水性又は親水性になるように基材の表面の作製又は改質を行い得る。一実施形態では、基材は親水性であることが重要である。基材又はＨＭＣが十分に親水性でない場合、所望の結果を達成するために、たとえば、表面処理又は親水シラン適用を基材又はＨＭＣの表面に施し得る。基材又はＨＭＣの外表面の親水性は、ディップ塗布プロセス中に基材へのグラフェンの接着を促進するのに重要である。必要に応じて、各種親水表面の効果及び親水性を増加又は減少させる方法を変更可能である。
【００３２】
次いで、プロセスは、眼用レンズを溶液に挿入するステップ１５０と、その後、約５分間〜約１０分間にわたり眼用レンズを溶液に完全に浸漬するステップ１６０とを含む。眼用レンズを完全且つ確実に溶液に浸漬できるように、眼用レンズは、スロープル装置又はディップ塗布装置に取外し可能に装着される。一態様では、眼用レンズは、一定の速度で溶液に浸漬可能である。スロープル装置又はディップ塗布装置は、眼用レンズを所定の位置に保持するために、及び基材、プライマー層、又はＨＭＣの表面がグラフェンなどの少なくとも１種の炭素同素体を含む実質的に均一なコーティングで一様に被覆されることを保証するために使用される。
【００３３】
次いで、プロセスは、スロープル装置又はディップ塗布装置を作動させることにより溶液から眼用レンズを取り出すステップ１７０を含む。眼用レンズを溶液から取り出す速度は、必要に応じて調整され得る。眼用レンズの取出し速度は、約０．１ｍｍ／ｓｅｃ〜約１０ｍｍ／ｓｅｃの範囲内であり得る。一態様では、眼用レンズは、約０．７ｍｍ／ｓｅｃの速度で取り出し得る。スロープル装置又はディップ塗布装置の速度設定は、所望の結果を達成するために変化させ得る。眼用レンズを溶液のヘプタン／水界面から取り出すにつれて、グラフェンは、溶液から取り出す間の基材、プライマー層、又はＨＭＣの表面上への堆積により眼用レンズの基材、プライマー層、又はＨＭＣの表面上に蓄積してグラフェンの薄層を形成する。グラフェンをコーティングとして眼用レンズの少なくとも一部に適用した後、グラフェンを眼用レンズ中に拡散させる。レンズの任意のパーツ、たとえば、基材、プライマー、ＨＭＣの中へのグラフェンの拡散速度は、グラフェンが拡散する材料の極性により決定可能である。一実施形態では、溶液からの眼用レンズの取出しは、眼用レンズのコーティングのいかなる不規則性も回避するために、及び眼用レンズが少なくとも１つのグラフェン層で実質的に一様に被覆されることを保証するために一定の速度で行われる。取出しの速度によりコーティングの厚さが決定される。取出しが速いほど、コーティング材料は厚くなる。所望の結果を達成するために、溶液の温度及び濃度並びに眼用レンズの浸漬速度及び溶液からの取出し速度は、すべてユーザーにより制御可能である。
【００３４】
眼用レンズを溶液から完全に取り出した後、プロセスは、過剰の液体を眼用レンズから排除して眼用レンズを空気乾燥させることにより、眼用レンズ上に残留するいかなる過剰の液体も蒸発させるステップ１８０を含むが、いくつかの態様では、ハードコートされるレンズを選択する場合には乾固させない。ハードコート中へのグラフェンの良好な拡散を可能にするために、レンズを湿潤状態のままにすべきである。この蒸発ステップ中、液体から溶媒が蒸発して薄層を形成し得る。蒸発ステップは、低湿度環境で行うことが可能である。この環境は、過剰の液体を蒸発させる速度を増加させるのに役立ち得る。アルコールなどの揮発性溶媒では、堆積ステップ又は被覆ステップ中にいくらかの蒸発が開始され得る。１つの任意選択的なステップ１９０では、蒸発ステップ後、眼用レンズは、ディップハードコート被覆プロセスを用いてプライマーラテックス又はハードコートで被覆可能である。一態様では、プロセスは、連続プロセスであり得るとともに、ステップは、互いに直後に行うことが可能である。眼用レンズからグラフェン層のいかなる部分も除去されないようにするために、プロセスは、いかなる洗浄ステップも含まない。
【００３５】
例示的な一実施形態では、眼用レンズの偏光効果を達成し得る。レンズの偏光はまた、剪断効果も達成し得る。本明細書に記載のプロセスを用いて第１のステップとして偏光効果を達成するために、表面に関連付けて層が平行又は水平に配置されるように、基材、プライマー層、又はＨＭＣの表面上に１つ以上のグラフェン層を被覆し得る。これによりグラフェン層の第１のセットが形成される。グラフェン層の「第１のセット」とは、１つ以上のグラフェン層を意味し得る。次いで、層を空気乾燥させるが、脆弱である可能性がある。１つ以上のグラフェン層を保護するために、層をプライマーで被覆して１つ以上のグラフェン層を包み込むことが可能である。
【００３６】
次いで、眼用レンズを溶液の水平表面に対して９０度回転させて、グラフェンの逐次層が、グラフェン層の第１のセットに対して又はそれに関連付けて垂直又は鉛直に配置されたグラフェン層の「第２のセット」を形成し得るように、以上に記載のグラフェン被覆プロセスを繰り返す。これによりグラフェンコーティングの第２のセットが形成される。
【００３７】
本明細書に開示される本発明は、眼用レンズなどの光学物品の改善に役立つことに加えて、本明細書に開示される本発明はまた、光学工業以外の多くの用途、たとえば、他のタイプのコーティングの電気光学用途にも使用可能である。たとえば、いくつかの実施形態では、厚いグラフェン層又は多層のグラフェン層は、もはや光学的透明性を提供し得ないが、グラフェンの強度及び優れた電気的性質の利点を生かした他の用途を有し得る。したがって、本明細書に記載の製造プロセスは、他の工業製品、たとえば、タッチスクリーンなどの電子デバイスに価値のあるものであり得る。一例では、本明細書に記載のプロセスは、眼用レンズ以外の物品を作製するために使用可能である。たとえば、本方法は、ヘプタンと脱イオン水とを組み合わせて溶液を形成するステップと、グラファイトなどの少なくとも１種の炭素同素体を溶液に混合するステップと、溶液に超音波処理を施すステップと、溶液に物品を浸漬するステップと、溶液から物品を取り出し、それにより物品の少なくとも一部を被覆するステップと、物品から過剰の液体を蒸発させるステップとを含み得る。
【００３８】
本発明は、本明細書の教示の利益を享受する当業者に自明である、異なるがただし均等な方式で修正して実施し得るため、以上に開示される特定の例は、単なる例示にすぎない。したがって、以上に開示される特定の例示的な例に変更又は修正を加え得ることは明らかであり、かかる変形形態は、すべて本発明の範囲内にあると見なされる。
【００３９】
本開示の要素又はステップに係る種々の要素又はステップは、本発明から得られ得る効率及び利益を増加させるために有利に組み合わせ得るか、又は要素若しくはステップシーケンスの種々の組合せ若しくは部分組合せでまとめて実施し得る。
【００４０】
特に明記されていない限り、上記の実施形態の１つ以上を他の実施形態の１つ以上と組み合わせ得ることが分かるであろう。
【００４１】
本明細書に好適に例示的に開示される本発明は、具体的に開示も特許請求もされていない任意の要素又はステップを存在させることなく実施し得る。
【００４２】
さらに、特許請求の範囲に記載のもの以外に本明細書に示される構成、組成、設計、又はステップの詳細への限定は意図されない。
【実施例】
【００４３】
具体例により、本発明をより詳細に説明する。以下の実施例は、単に例示を目的として提供されたものにすぎず、決して本発明を限定することを意図したものではない。本質的に同一の結果を生じるように変更又は修正を加え得るさまざまなノンクリティカルパラメーターは、当業者であれば容易に分かるであろう。たとえば、光学物品の作製に使用される基材は、いずれも以下の実施例に使用可能である。
【００４４】
グラフェンナノ粉末（１〜２ｎｍ）は、ＳｋｙＳｐｒｉｎｇ  Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸから入手したものであった。ラマン分光法は、５３２ｎｍのレーザー及び０．６ｍｍのスポットサイズを用いてＴｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｎｉｃｏｌｅｔ  Ａｌｍｅｇａ  ＸＲ分散ラマン分光計で行った。
【００４５】
グラフェン被覆レンズは、以下のステップに従って作製した。得られたレンズは、向上した機械的性能（たとえば、ＩＳＴＭ及びＳａｎｄ  Ｂａｙｅｒ）、帯電防止性、疎水性及び疎油性、偏光性及び波長アイソレーション性、向上した熱的性質、及び／又は抗微生物性をはじめとする１つ以上の利益及び／又は改善を含んでいた。
【００４６】
１．レンズの前処理
レンズは、最初に、ディップ塗布プロセスによりクリーニングし、次いでディップ法によるＡ４１５又はスピン法によるＡ７２２のいずれかの１ミクロンのプライマーで被覆した。その後、ａ）不活性ガスを用いずに、真空下（０．００３Ｐａ）でＰＶＤにより、０．８〜１．４ｎｍ／ｓの速度において１００〜４００ｎｍのＳｉＯ２でプライマー付きレンズを被覆するか、ｂ）プライマー層にコロナ放電処理、プラズマ処理、若しくはイオン処理を施すか、又はｃ）ａ）及びｂ）の両方を組み合わせるかのいずれかにより、ドレイン法被覆ステップ中のＣＡＳ（炭素同素体溶液）接着のために、ガラスの表面エネルギーに匹敵するようになるまで表面エネルギーを増加させる処理をレンズ表面に施した。
【００４７】
２．グラファイト剥離
懸濁プリスチングラファイトナノ粉末（ヘプタン１００ｍＬ当たり５０ｍｇ）をポリボトル中において手で十分に混合した。次いで、ＮａＯＨ（グラファイト１ｍｇ当たり１０ｍｇ）を添加し、ボトルを振動台上に２分間配置し、均一になるまでさらに超音波処理した（たとえば、６０〜１８０分間）。超音波処理が終了した後、混合物を迅速に遠心分離機バイアルに移し、３５００ｒｐｍで１０分間遠心分離した。次いで、上澄み液を新しいポリボトルに移し、必要になるまで室温で貯蔵した。混合物は、均一性を保証するために使用前に１０分間超音波処理すべきである。図２は、６０分間遠心分離することによりグラファイト生成物のほとんどを取り出して単離された多層グラフェン２００を残した剥離バッチの拡大画像（２５００倍）を示す。
【００４８】
３．グラフェンリファインメント
グラファイト混合比がヘプタン１０ｍＬ当たり１ｍＬとなるように、グラファイト剥離からの均一混合物の一部を、ヘプタン及び水（１：４ｖｏｌ／ｖｏｌ）が入った第１のビーカーの溶媒界面の真上に添加した。次いで、ビーカーを６０分間超音波処理し、次いで６０分間沈降させた。ガラススライドを垂直に浴に浸漬し、０．７ｍｍ／ｓで徐々に取り出し、直ちにただしゆっくりとヘプタン及び水（１：４ｖｏｌ／ｖｏｌ）が入った第２のビーカーの液体表面に垂直に浸漬することにより、スライドから溶媒界面に向けてグラファイト層を剪断した。界面をグラファイトで満たすために、通常、複数のスライド（たとえば、４〜６枚）を必要とした。次いで、第２のビーカーを６０分間超音波処理し、６０分間沈降させた。次いで、清浄なガラススライドを第２のビーカーに徐々に浸漬し、０．７ｍｍ／ｓで取り出し、直ちにただしゆっくりとヘプタン及び水（１：４ｖｏｌ／ｖｏｌ）が入った第３のビーカーの液体表面に垂直に浸漬することにより、スライドから溶媒界面に向けてグラファイト層を剪断した。次いで、第３のビーカーを６０分間超音波処理し、６０分間沈降させた。第３のビーカーの溶媒界面の材料は、炭素同素体溶液（ＣＡＳ）であった。次いで、ガラススライド又はピペットのいずれかでＣＡＳを取り出し、ＣＡＳ被覆用タンクの溶媒界面に配置した。図３は、剪断リファインメントにより形成されたグラフェンの拡大画像（２０００倍）を示す。図４は、剪断リファインメントにより形成されたグラフェン２００、グラファイト２０２、及び膨張グラフェン２０４の拡大画像を示す。
【００４９】
４ａ．ドレイン法被覆プロセス
ヘプタン及びＤＩ水（１：４ｖｏｌ／ｖｏｌ）の浴の水相に凸面を上に向けてレンズを添加した。次いで、ガラススライドの剪断により又はピペットにより、ＣＡＳをヘプタン／水界面に添加した。次いで、浴を５分間超音波処理することにより、グラフェンを界面に向けて配向させ、且ついずれの汚染物質も水中に追いやった。ヘプタン層がレンズの下になるまで、０．７ｍｍ／ｓの速度で界面層がレンズに平行に下降してレンズを横切って移動するように浴から排液を行う。その時点で、ＣＡＳ被覆レンズを迅速にハードコート被覆ステップに移す。レンズは、乾燥させるとハードコート中に適正に拡散しないであろう。図５は、膨張及び熱分解グラファイトの大クラスターを示すドレイン法により作製されたガラスレンズの拡大（５０００倍）画像を示す。
【００５０】
４ｂ．スロープル被覆プロセス
ヘプタン及びＤＩ水（１：４ｖｏｌ／ｖｏｌ）の浴の水相にレンズを添加した。次いで、ガラススライドの剪断により又はピペットにより、ＣＡＳをヘプタン／水界面に添加した。次いで、浴を５分間超音波処理することにより、グラフェンを界面に向けて配向させ、且ついずれの汚染物質も水中に追いやった。次いで、ＣＡＳ層を介して層に垂直に０．７ｍｍ／ｓの速度で、ヘプタン層を介して且つ浴からレンズを引き上げた。その時点で、ＣＡＳ被覆レンズを迅速にハードコート被覆ステップに移す。レンズは、乾燥させるとハードコート中に適正に拡散しないであろう。
【００５１】
５．ハードコート被覆及び硬化
湿式ＣＡＳ被覆レンズを指定のスロープル被覆速度でハードコート被覆液に浸漬した。浸漬中、ＣＡＳ層は剪断除去され、ハードコート被覆液体の表面に残留した。レンズの一部、たとえば、レンズの側面を浸漬しないこと、又はＣＡＳ層がレンズから完全に切り離されて再アライメントが困難な場合があることは重要であった。次いで、所望のハードコート厚さに相関する速度でレンズをハードコート被覆液から引き出した。この速度は進入速度と同一にすべきである。スロープル速度は、典型的には０．５〜３ｍｍ／ｓであった。レンズをスロープルした場合、ＣＡＳ層はハードコート層上に再捕集されるであろう。数秒以内にＣＡＳ層はハードコート中に拡散するであろう。レンズのハードコートが完全に透明になったら、レンズを１００℃で３時間硬化させることが可能である。ＣＡＳ単独の硬化中、硬化速度に依存して、異なるタイプ（たとえば、グラフェン、グラファイト、膨張グラファイト、熱分解グラファイト）及び同素体比が形成されるという現象が認められた。たとえば、フラッシュ乾燥は、熱分解グラファイト及びナノグラフェンのようなかなり結晶化した生成物を形成する傾向がある。ハードコート硬化速度は、形成される炭素同素体にも影響を及ぼし得ると予想される。
【００５２】
６．特徴付け
顕微鏡下及びでラマン分光法によりグラフェンコーティングを特徴付けした。ラマンピークの高さ（すなわち強度）、幅、位置、及び形状は、所与のサンプルの重要な構造上の特徴を表し得る。グラフェンサンプルのラマンスペクトルは、Ｄモードと呼ばれる１３５０ｃｍ−１近傍のピークを含み得る。強度の増加は、無秩序の増加を表す（たとえば、プリスチングラフェンはＤモードを有しない）。１５８３ｃｍ−１近傍のピークは、Ｇバンドと呼び得る。Ｇバンドの高さ及び幅は、サンプル中の歪みを明らかにする（たとえば、狭くて高いピークが望まれる）。サンプル中に汚染物質が存在する場合、１６２０ｃｍ−１近傍にＤ１バンクピークが現れることがある。グラファイト質サンプルは、すべて２６８０ｃｍ−１近傍に２Ｄバンドを有する。２Ｄバンドの形状及び高さは、サンプル中のグラフェン層の概数を決定するために使用可能である。グラフェン層の数は、Ｉ（Ｇ）／Ｉ（２Ｄ）の値に基づいて推定可能である。たとえば、Ｉ（Ｇ）／Ｉ（２Ｄ）＝０．２以下は、１つの層に等しく、Ｉ（Ｇ）／Ｉ（２Ｄ）＝１は、１０の層に等しく、層の増加は、グラファイト、ＨＯＰＧ、及びグラフェンの既報のラマン測定に基づいて推定可能である。
【００５３】
作製されたグラフェンコーティングは、一連の炭素同素体を呈し、比は、剥離ステップ、リファインメントステップ、及び乾燥ステップを変化させることにより調整可能であった。次の炭素同素体、すなわち、膨張グラファイト、熱分解グラファイト若しくは熱分解炭素、ディスク形ナノグラフェン（ＤＳＮＧ）、多層グラフェン（ＭＬＧ）、単層グラフェン（ＳＬＧ）、及び／又はマルチウォールナノホーン（ＭＷＮＨ）、マルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）、及び／又はシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）がラマン分光法及び／又は顕微鏡により同定された。
【００５４】
図６Ａは、６０分間の超音波処理及び４回の表面界面リファインメントによる剥離、ドレイン法による被覆、及び空気乾燥を行ってグラフェンナノ粉末から作製されたガラススライドの拡大画像を示す。図６Ｂは、図６Ａの暗領域のラマンスペクトルを示す。２Ｄバンドは、５９．７の相対強度で２６８３ｃｍ−１に見出され、且つＧバンドは、１３３の相対強度で１５７９ｃｍ−１に見出されることから、Ｉ（Ｇ）／Ｉ（２Ｄ）＝２．２７となり、約３９のグラフェン層であることが分かる。強いＤバンドは、高秩序構造であるが多くの欠陥を有することを示す指標である。スペクトルは、熱分解グラファイトと、多層グラフェン（損傷）と、場合によりマルチウォール炭素ナノホーン及びチューブとの組合せであることを示す。図６Ｃは、図６Ａの明領域のラマンスペクトルを示す。２Ｄバンドは、７２．４の相対強度で２６８８ｃｍ−１に見出され、且つＧバンドは、１６４．４の相対強度で１５７６ｃｍ−１に見出されることから、Ｉ（Ｇ）／Ｉ（２Ｄ）＝２．２４となり、約３３のグラフェン層であることが分かる。スペクトルは、熱分解グラファイトと、多層グラフェン（損傷）と、場合によりマルチウォール炭素ナノホーン及びチューブとの組合せであることを示す。サンプルの明領域は、サンプルの黒色領域よりもわずかに良好な秩序及び少ない損傷を有する。
【００５５】
図７Ａは、６０分間の超音波処理及び２回の表面界面リファインメントによる剥離、ドレイン法による被覆、及び空気乾燥を行ってグラフェンナノ粉末から作製されたガラススライドの拡大画像を示す。図７Ｂは、図７Ａの明領域のラマンスペクトルを示す。２Ｄバンドは、１５６．２の相対強度で２６９０ｃｍ−１に見出され、且つＧバンドは、２９９．２の相対強度で１５７２ｃｍ−１に見出されることから、Ｉ（Ｇ）／Ｉ（２Ｄ）＝１．９１となり、約２８のグラフェン層であることが分かる。スペクトルは、図６Ｃのスペクトルに類似しているが、より少ないグラフェン層及び改善された構造を有する。
【００５６】
図８Ａは、ＮａＯＨ（５ｍｇ／１ｍＬヘプタン）を用いた６０分間の超音波処理による剥離、３５００ｒｐｍで６０分間の遠心分離、ガラススライド上への上澄み液デカントのピペットドリップ、及び４０℃オーブンによる３０分間の乾燥を行ってグラフェンナノ粉末から作製されたガラススライドの拡大画像を示す。図８Ｂは、図８Ａのラマンスペクトルを示す。２Ｄバンドは、１５６．２の相対強度で２６９０ｃｍ−１に見出され、且つＧバンドは、３００．９の相対強度で１５９０ｃｍ−１に見出されることから、Ｉ（Ｇ）／Ｉ（２Ｄ）＝１．９２となり、約２８のグラフェン層であることが分かる。スペクトルは、炭素同素体の混合物を示すが、Ｇバンドの形状及び位置は、改善されたグラフェン層構造を示唆する。
【００５７】
図９Ａは、ＮａＯＨ（５ｍｇ／１ｍＬヘプタン）を用いた６０分間の超音波処理による剥離、３５００ｒｐｍで６０分間の遠心分離、ガラススライド上への上澄み液デカントのピペットドリップ、及び２００℃オーブンによる１５秒間の急速乾燥を行ってグラフェンナノ粉末から作製されたガラススライドの拡大画像を示す。図９Ｂは、図９Ａのラマンスペクトルを示す。２Ｄバンドは、５０．５の相対強度で２６８８ｃｍ−１に見出され、且つＧバンドは、１４１．６の相対強度で１５７４ｃｍ−１に見出されることから、Ｉ（Ｇ）／Ｉ（２Ｄ）＝２．７９となり、約４２のグラフェン層であることが分かる。スペクトルは、Ｇバンドの形状及び他のサンプルと比較される２Ｄバンドピークの新しい位置に基づいて熱分解グラファイトとＤＳＮＧ（ディスク形ナノグラフェン）との混合物を示す。１６００ｃｍ−１近傍のショルダーは、不純物を表すＤ１バンドピークである。
【００５８】
プロセスは、少数の他の価値ある炭素同素体を形成することが見出された。剥離技術、リファインメントプロセス、及びＣＡＳ層乾燥を変更したところ、予想外なことに、これらの材料の品質及び量が影響を受けることが判明した。
【００５９】
熱分解グラファイト又は熱分解炭素は、強い室温反磁性材料である。熱分解グラファイトは、特有の熱的及び機械的性質をもたらす平面秩序で結晶化されたグラフェンシートを含有する。熱分解グラファイトは、プラスチックの熱的性質の補強及び向上に使用されてきた。熱分解グラファイトの製造は、典型的には、高温を必要とするため、本方法は、「コールド」プロセスとして潜在的に価値がある。追加のリファインメントステップは、熱分解グラファイトの量を増加させ得る。ＣＡＳ層のより短い乾燥／硬化時間は、熱分解グラファイトの品質を高める。
【００６０】
膨張グラファイト又は膨張フレークグラファイトは、グラファイトのグラフェンシート間にインターカラント材料を添加することにより調製可能である。膨張グラファイトは、たとえば、材料に伝導性、耐火性、及び放射線遮蔽性を提供するための充填材料として使用可能である。リファインメントステップの低減及び／又は遠心分離ステップの排除は、膨張グラファイトの量を増加させる。インターカラント材料の添加はまた、量及び品質を増加させ得る。
【００６１】
シングルウォール及びマルチウォールのナノチューブ及びホーンは、精製ステップ中に少量で形成されることが判明した。これらの同素体は、ＵＶ吸収性、電気伝導性などの有益な性質を有する。ナノチューブ及びホーンの量の増加は、長い超音波プロセス時間に関連付けられると思われる。
【００６２】
７．性能試験
性能試験は、真空チャンバーによる１５０ｎｍのＳｉＯ２と、ドレイン法ＣＡＳ層と、約３．５０ミクロンのＡｌｔｉｕｓ  ｅＭハードコートとで処理されたＯｒｍａレンズを用いて行った。
ａ）機械的性能
クロスハッチによる接着試験：合格。
Ｓａｎｄ  Ｂａｙｅｒ：３．８１（平均）、対照よりも７％改善。
ｂ）帯電防止性能
プラズマボール試験：５０％合格率。
ｃ）光学性能
透過率：９０．５％、対照よりも２％低減。
ヘイズ：０．６１、対照よりも０．３１増加。
【図１】
2019502159.tif 000002
【図２】
2019502159.tif 000003
【図３】
2019502159.tif 000004
【図４】
2019502159.tif 000005
【図５】
2019502159.tif 000006
【図６Ａ−６Ｃ】
2019502159.tif 000007
【図７Ａ−７Ｂ】
2019502159.tif 000008
【図８Ａ−８Ｂ】
2019502159.tif 000009
【図９Ａ−９Ｂ】
2019502159.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月25日(2018.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材上のプライマー層と、ハードマルチコート（ＨＭＣ）とを有する光学物品を含む光学デバイスであって、前記ＨＭＣが少なくとも１つの層を含み、前記層、前記基材、及び前記ＨＭＣのうちの少なくとも１つが、拡散によって吸収された少なくとも１種の炭素同素体を含む、光学デバイス。
【請求項２】
前記炭素同素体が、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記炭素同素体がグラフェンである、請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記グラフェンがグラフェンナノ粒子の形態であり、各ナノ粒子が約０．２５μｍである、請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも１種の炭素同素体を含む前記層が約０．１ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚さである、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記光学物品が偏光型である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項７】
光学デバイスを製造する方法であって、
有機溶媒と脱イオン水とを組み合わせて溶液を形成するステップと、
前記溶液に少なくとも１種の炭素同素体を混合するステップと、
前記溶液に超音波処理を施すステップと、
基材、前記基材上のプライマー層、及びハードマルチコート（ＨＭＣ）のうちの少なくとも１つを含む光学物品を前記溶液に浸漬するステップと、
前記溶液から前記光学物品を取り出すステップと、
前記光学物品から過剰の液体を蒸発させるステップと
を含む方法。
【請求項８】
前記混合するステップが、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種の炭素同素体を混合するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記取り出すステップが、前記溶液から前記光学物品を一定の速度で取り出すステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記取り出すステップ中、前記基材、前記プライマー層、及び前記ＨＭＣの少なくとも１つの中にグラフェンを拡散させるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記取り出すステップ中、前記基材、前記プライマー層、及び前記ＨＭＣの少なくとも１つの外表面の少なくとも１つを、グラフェンを含む少なくとも第１の層で被覆するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
グラフェンを含む前記層の厚さが約０．１ｎｍ〜約１５０ｎｍであるように、前記基材、前記プライマー層、及び前記ＨＭＣの少なくとも１つの外表面の少なくとも１つを被覆するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
グラフェンを含む前記少なくとも第１の層をプライマー層で被覆するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記光学物品が前記溶液の水平表面に対して実質的に９０度の角度で配置されるように、前記光学物品を前記溶液に浸漬するステップと、
グラフェンを含む少なくとも第２の層が、グラフェンを含む前記第１の層に対して実質的に垂直な配置において、前記基材、前記プライマー層、及び前記ＨＭＣの少なくとも１つの中に拡散されて偏光物品を形成するように、前記溶液から前記光学物品を取り出すステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
2019502159.tif 000011
2019502159.tif 000012
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